(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材構造の少なくとも一つの異常領域を除去する方法であって、
該複合材構造内の異常領域の境界を、該複合材構造の領域を非破壊スキャナで走査することによって位置を特定することと、
位置特定された該境界に基づいて、該異常領域を含む該複合材構造から除去する材料の容積を計算し、その際該容積の周辺に形成されるスカーフ角度を用いることと、 
該容積を除去する機械工具を誘導する工具経路を計算することと、
計算機で数値的に制御されるコントローラをプログラムして該機械工具を計算された工具経路にて制御すること、
該プログラムされた機械工具を用いて該構造物から該材料の該容積を除去して、露出した表面を形成すること、及び
該露出した表面を走査して、追加の異常領域を特定することによる方法。
【請求項２】
（ａ）追加の異常領域の位置を決定することと
（ｂ）該追加の異常領域の位置に基づいて、該複合材構造の追加の除去される容積を選択すること、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記（ａ）は、
ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の領域の上を走査すること、
ビデオ画像を該機械工具のユーザに供給すること、及び
追加の異常領域の位置がある場合、その位置を該ユーザから受信すること、
を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記（ｂ）は、
非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査することにより、更に別の異常領域が存在すればその位置を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記（ａ）及び（ｂ）は、
すべての複数層に対して繰り返される、請求項２から４のいずれか一項に記載される方法。
【請求項６】
前記異常領域または別の異常領域は船首波を含む請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
層数を変更する工程をさらに含む、請求項２から６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
除去することは、スカーフ角度で除去することを含む請求項３から７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
スカーフ角度を変更する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複合材構造に関するものであり、特に複合材構造を修復する際の複合材構造内の異常領域を除去する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合材構造は、時として、複合材構造内に、製品仕様及び／又は性能仕様に、種々の理由のうちのいずれかの理由により準拠しない可能性のある局所領域を含む。例えば、当該構造の複数領域が、これらには限定されないが、ボイド、窪み、空隙、及び船首波のような不整合部分が生じるので異常となる可能性がある。船首波は、複合材構造の１枚以上のプライ内の局所的なゆがみ、または凹凸として特徴付けることができ、そして複合材構造の製造プロセス中、または硬化プロセス中に生じる可能性がある。
【０００３】
複合材構造のこのような局所領域を補修して、不適合部分を減らす、または無くすことにより、当該構造を修復することができる。補修プロセスでは、材料を構造から除去し、そして次に、除去される材料を、当該構造に接着することができる複合材料パッチに置き換えることができる。材料除去プロセス中、補修領域の周縁部にテーパーを設ける、周縁部をスカーフ切削する、または当該周縁部を種々の別の構成のうちのいずれか１つの構成になるように形成することにより、スカーフジョイント、ステップラップジョイント、または別のいずれかのジョイント構成を、構造と接着パッチとの間に形成することができる。
【０００４】
上述の補修プロセスでは、材料を熟練技術者が携帯用グラインダーまたは同様の工具を使用して手作業で除去する必要がある。複合材料の手作業除去は、極めて多大な労力を要する。更に、複合材料を除去する際の正確さは、技術者の熟練度に依存する。この点に関して、複合材構造の補修効果の確実性が変化する虞がある。
【０００５】
従って、異常領域を無くすための材料の局所除去が、手作業による試行を最小限に抑えながら、迅速に、正確に、そして予測可能に行なわれるように複合材構造を補修する、または修復する方法及び装置が必要になる。
【発明の概要】
【０００６】
開示される実施形態は、複合材構造の異常領域を補修する、そして／または修復する方法及び装置を提供し、この方法及び装置では、材料を前記構造からユーザ支援プロセスにより除去して、一貫した、予測可能な、そして正確な結果を提供する。プログラマブル数値制御コントローラによってユーザを支援するように作動する機械ヘッドは、ビデオカメラを含むことにより、前記構造に対するビデオ走査が可能になるので、異常領域の位置を特定することができる。前記機械ヘッドで材料を前記構造から、前記ビデオ走査によって明らかになった更に別の異常領域の位置に基づいて除去することができる。
【０００７】
前記機械ヘッドに取り付けられる切断工具で材料を前記構造から除去し、そして補修対象の領域を取り囲むスカーフを前記構造内に形成することができる。前記スカーフによって、スカーフジョイントを前記構造と修理パッチとの間に形成し易くなり、この修理パッチを前記スカーフジョイントに接着させて前記構造を修復することができる。ユーザ定義による層数の材料層を除去する工程、複数層の各１つの層を除去した後に、停止させる工程、前記層を除去することにより被覆されなくなった領域をビデオ走査して、更に別の異常領域の位置を特定する工程、及び前記機械ヘッドの工具経路を変更して、除去すべき材料容積が、前記更に別の異常領域を含むようにする工程を繰り返し行なって、前記構造内の複数の異常領域を無くすことができる。
【０００８】
１つの実施形態では、複合材構造内の少なくとも１つの異常領域を除去する方法は、前記異常領域の位置を前記構造内に特定する工程を含む。前記複合材構造から除去すべき容積は、前記複合材構造内の前記異常領域の前記位置に基づいて選択することができる。前記方法では、機械工具を使用することができ、この機械工具は、前記容積を除去するように、そして前記容積に対応する層数の複数層の各１つの層を除去した後に、前記機械工具を停止させるようにプログラムすることができる。前記方法では更に、前記複数層のうちの１つの層を、プログラムされた前記機械工具を使用して除去することができる。
【０００９】
別の実施形態では、開示されるのは、少なくとも１つの異常領域を有する複合材構造を修復する方法である。前記方法は、前記異常領域の境界の位置を前記構造内に特定する工程と、そして前記複合材構造から除去すべき材料容積を、前記境界に基づいて計算する工程と、を含むことができる。工具経路を計算して、機械工具を誘導することにより、前記容積を除去することができる。複数層の層数を前記容積に対応して選択することにより、前記複数層の各１つの層を除去した後に前記機械工具を停止させることができる。コントローラを、前記計算工具経路、及び前記容積の複数層の前記層数に関してプログラムすることができる。前記方法では、前記複数層のうちの１つの層を、前記機械工具を使用して除去し、そして前記機械工具を、前記層を除去した後に停止させることができる。
【００１０】
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の領域を、例えばビデオカメラで走査して、更に別の異常領域の境界の位置を特定することができる。前記コントローラのプログラムを変更して、除去すべき前記材料容積が、前記更に別の異常領域を含むようにすることができる。前記複数層のうちの１つの層を除去する上記工程、前記機械工具を停止させる上記工程、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の領域を走査する上記工程、及び前記コントローラのプログラムを変更する上記工程は、前記材料容積が除去されるまで繰り返し行なうことができる。次に、前記機械工具により除去される前記複合材構造の前記容積を置き換えることができる。
【００１１】
更に開示されるのは、少なくとも１つの異常領域を含む複合材料機体を修復する方法である。前記方法では、機械工具を前記機体に取り付け、そして前記異常領域の境界の位置を前記機体内に特定することができる。機体の幾何学形状を定義する一連のデータを取り出して、除去すべき前記機体の材料容積を、前記異常領域の前記境界、及び前記機体の幾何学形状に基づいて計算するために使用することができる。前記容積に対応する複数層の層数を選択することができ、前記層数に基づいて、前記機械工具を、前記複数層の各１つの層を除去した後に停止させることができる。前記コントローラを、工具経路、及び複数層の前記層数に関してプログラムすることができる。前記方法では、前記複数層のうちの１つの層を、前記機械工具を使用して除去し、前記機械工具を、前記層を除去した後に停止させ、そして前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の領域を走査して、更に別の異常領域の存在を判断することができる。
【００１２】
上述の方法は、複合材構造内の少なくとも１つの異常領域を除去するように構成される機械工具を使用して行なうことができる。前記機械工具は、少なくとも１つの軸に沿って、前記複合材構造の上を移動することができる機械ヘッドと、そして前記機械ヘッドに取り付けられて前記複合材構造を走査し、そして前記異常領域の位置を特定するビデオカメラ及び非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナのうちの少なくとも１つと、を含むことができる。前記機械工具は更に、前記機械ヘッドに取り付けられる切断工具を含むことができ、そして前記機械ヘッドは、工具経路に沿って移動することができるので、前記異常領域を含む容積を除去することができる。コントローラを更に含めることができ、そして前記容積の複数層の層数に関してプログラムすることができ、この層数に基づいて、前記切断工具を、前記複数層の各１つの層を除去した後に停止させることができる。前記機械工具は更に、コンピュータに接続されるユーザインターフェースを含むことにより、前記工具経路及び／又は前記容積の複数層の前記層数を変更することができる。
【００１３】
更に別の実施形態では、前記機械工具は、複数プライの複合材構造内の複数の異常領域を除去するように構成することができる。前記機械工具は、前記複合材構造の上に配置されるように構成される枠体と、そして前記枠体に取り付けられ、かつ少なくとも１つの軸に沿って前記複合材構造の上を移動することができる機械ヘッドと、を含むことができる。ビデオカメラ及び／又は非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナを前記機械ヘッドに取り付けて、前記複合材構造を走査し、そして前記異常領域の位置を特定することができる。前記機械工具は更に、前記機械ヘッドに取り付けられる切断工具を含むことにより、前記異常領域を含む容積を除去することができる。
【００１４】
コンピュータを組み込むことにより、容積を計算し、そして前記機械工具の工具経路を生成することができる。コントローラを前記コンピュータに接続することにより、前記機械ヘッドの移動、及び前記切断工具の動作を制御することができる。前記コントローラを、前記容積の複数層の層数に関してプログラムすることができ、この層数に基づいて、前記機械工具を、前記複数層の各１つの層を除去した後に停止させることができる。前記機械工具は、前記コンピュータに接続されるユーザインターフェースを含むことにより、前記工具経路及び／又は前記容積の複数層の前記層数を変更することができる。ディスプレイを前記ユーザインターフェースに接続することにより、除去すべき前記複合材構造の前記容積の画像を閲覧する、そして／または前記層を除去することにより被覆されなくなった領域のビデオカメラによるビデオ画像を閲覧することができる。
【００１５】
本願は以下に記載する態様を含む。
（態様Ａ１）
複合材構造の少なくとも１つの異常領域を除去する方法であって：
前記異常領域の位置を前記構造内に特定する工程と；
除去すべき前記複合材構造の容積を、前記異常領域の前記位置に基づいて選択する工程と；
機械工具を、前記容積を除去するように、そして前記容積に対応する層数の複数層の各１つの層を除去した後に前記機械工具を停止させるようにプログラムする工程と；
前記複数層のうちの１つの層を、プログラムされた前記機械工具を使用して除去する工程と、
を含む、方法。
（態様Ａ２）
更に：
前記機械工具を、前記層を除去した後に停止させる工程と；
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の領域を走査して、更に別の異常領域の存在を判断する工程と、
を含む、態様Ａ１に記載の方法。
（態様Ａ３）
前記複数層のうちの１つの層を、プログラムされた前記機械工具を使用して除去する前記工程、前記機械工具を、前記層を除去した後に停止させる前記工程、及び前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の領域を走査する前記工程が繰り返し行なわれる、態様Ａ２に記載の方法。
（態様Ａ４）
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の領域を走査する前記工程は：
ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査する工程；及び
非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査する工程、
のうちの少なくとも１つの工程を含む、態様Ａ２に記載の方法。
（態様Ａ５）
前記ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査する前記工程は：
ビデオ画像を前記機械工具のユーザに供給して、ユーザが前記更に別の異常領域の位置を観測するようにする工程を含む、態様Ａ４に記載の方法。
（態様Ａ６）
更に：
前記更に別の異常領域の位置を、前記ビデオ画像に基づいて特定する工程を含む、態様５に記載の方法。
（態様Ａ７）
更に：
前記機械工具のプログラムを変更して、除去すべき前記複合材構造の前記容積が前記更に別の異常領域を含むようにする工程を含む、態様Ａ６に記載の方法。
（態様Ａ８）
更に：
前記機械工具のプログラムを変更して船首波を除去する工程を含む、態様１に記載の方法。
（態様９）
前記複合材構造は、複数プライの積層構造であり、前記層数の複数層の各層は少なくとも１枚のプライを含み、前記方法は更に：
前記機械工具のプログラムを変更して、前記容積の複数層の前記層数を変更する工程を含む、態様Ａ１に記載の方法。
（態様Ａ１０）
更に：
前記機械工具により除去される前記構造の前記容積を置き換える工程を含む、態様Ａ１に記載の方法。
態様Ｂ１０．少なくとも１つの異常領域を有する複合材構造を修復する方法であって、該方法は：
前記異常領域の境界の位置を前記構造内に特定する工程と；
前記複合材構造から除去すべき材料の容積を、前記境界に基づいて計算する工程と；
前記容積を除去するために機械工具を誘導する工具経路を計算する工程と；
複数層の各１つの層を除去した後に前記機械工具を停止させるように、前記容積に対応する複数層の層数を選択する工程と；
コントローラを、前記計算工具経路、及び前記容積の複数層の前記層数に関してプログラムする工程と；
前記複数層のうちの１つの層を、前記機械工具を使用して除去する工程と；
前記機械工具を、前記層を除去した後に停止させる工程と；
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の領域を走査して、更に別の異常領域の境界の位置を特定する工程と；
前記コントローラのプログラムを変更して、除去すべき前記材料容積が、前記更に別の異常領域を含むようにする工程と；
前記複数層のうちの１つの層を除去する前記工程、前記機械工具を停止させる前記工程、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域を走査する前記工程、及び前記コントローラのプログラムを変更する前記工程を、前記材料容積が除去されるまで繰り返し実行する工程と；
前記機械工具により除去される前記複合材構造の前記容積を置き換える工程と、
を含む、方法。
【００１６】
態様Ｂ１１．前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域を走査する前記工程は：
ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査する工程；及び
非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査する工程、
のうちの少なくとも１つの工程を含む、態様Ｂ１０に記載の方法。
【００１７】
態様Ｂ１２．前記ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査する前記工程は：
ビデオ画像を前記機械工具のユーザに供給して、ユーザが前記更に別の異常領域の位置を観測するようにする工程を含む、態様Ｂ１１に記載の方法。
【００１８】
態様Ｂ１３．更に：
前記更に別の異常領域の前記位置を、前記ビデオ画像に基づいて特定する工程を含む、態様Ｂ１２に記載の方法。
【００１９】
態様Ｂ１４．前記複合材構造は、複数プライの積層構造であり、前記層数の複数層の各層は、少なくとも１枚のプライを含み、前記方法は更に：
前記コントローラのプログラムを変更して、前記容積の複数層の前記層数を変更する工程を含む、態様Ｂ１０に記載の方法。
【００２０】
態様Ｂ１５．少なくとも１つの異常領域を含む複合材料機体を修復する方法であって：
機械工具を前記機体に取り付ける工程と；
前記異常領域の境界の位置を特定する工程と；
前記機体の幾何学形状を定義する一連のデータを取り出す工程と；
除去すべき前記機体の容積を、前記異常領域の前記境界、及び前記機体の幾何学形状に基づいて計算する工程と；
層数に基づいて、前記機械工具を、前記複数層の各１つの層を除去した後に停止させるように、前記容積に対応する複数層の層数を選択する工程と；
コントローラを、工具経路、及び複数層の前記層数に関してプログラムする工程と；
前記複数層のうちの１つの層を、前記機械工具を使用して除去する工程と、
を含む、方法。
【００２１】
態様Ｂ１６．更に：
前記機械工具を停止させる工程と；
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の領域を走査して、更に別の異常領域の存在を判断する工程と、
を含む、態様Ｂ１５に記載の方法。
【００２２】
態様Ｂ１７．前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の領域を走査する前記工程は：
ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の前記領域の上を走査する工程；及び
非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の前記領域の上を走査する工程、
のうちの少なくとも１つの工程を含む、態様Ｂ１６に記載の方法。
【００２３】
態様Ｂ１８．更に：
前記コントローラのプログラムを変更して、除去すべき前記容積が前記更に別の異常領域を含むようにする工程を含む、態様Ｂ１６に記載の方法。
【００２４】
態様Ｂ１９．前記複数層のうちの１つの層を除去する前記工程、前記機械工具を停止させる前記工程、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の領域を走査する前記工程、及び前記コントローラのプログラムを変更する前記工程は、前記容積が除去されるまで繰り返し行なわれる、態様Ｂ１８に記載の方法。
【００２５】
態様Ｂ２０．前記ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の前記領域の上を走査する前記工程は：
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記機体の前記領域のビデオ画像を供給する工程と；
前記更に別の異常領域の位置を、前記ビデオ画像に基づいて特定する工程と、
を含む、態様Ｂ１７に記載の方法。
【００２６】
態様Ｂ２１．前記コントローラのプログラムを変更する前記工程は：
前記コントローラのプログラムを変更して船首波を除去する工程を含む、態様Ｂ１９に記載の方法。
【００２７】
態様Ｂ２２．更に：
パッチを前記機体に接着させて、前記機械工具により除去される前記容積を置き換える工程を含む、態様Ｂ１５に記載の方法。
【００２８】
態様Ｂ２３．複合材構造内の少なくとも１つの異常領域を除去する機械工具であって：
少なくとも１つの軸に沿って、前記複合材構造の上を移動することができる機械ヘッドと；
該機械ヘッドに取り付けられて前記複合材構造を走査し、そして前記異常領域の位置を特定するビデオカメラ及び非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナのうちの少なくとも１つと；
前記機械ヘッドに取り付けられ、かつ工具経路に沿って移動することができることにより、前記異常領域を含む容積を除去する切断工具と；
前記容積の複数層の層数に関してプログラムすることができるコントローラと、を備え、前記層数に基づいて、前記切断工具を、前記複数層の各１つの層を除去した後に停止させる、
機械工具。
【００２９】
態様Ｂ２４．更に：
前記コンピュータに接続されて、前記工具経路及び前記容積の複数層の層数を変更するユーザインターフェースを備える、態様Ｂ２３に記載の機械工具。
【００３０】
態様Ｂ．前記コントローラは、前記ビデオカメラで、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記複合材構造の前記領域の上を走査して、更に別の異常領域を特定するように構成される、態様Ｂ２３に記載の機械工具。
【００３１】
態様Ｂ２６．前記ビデオカメラは、前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記領域のビデオ画像を供給するように構成される、態様Ｂ２３に記載の機械工具。
【００３２】
態様Ｂ２７．前記ユーザインターフェースはディスプレイを含むことにより：
除去すべき前記複合材構造の前記容積の画像；
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記領域の前記ビデオ画像、
のうちの少なくとも１つの画像を閲覧することができる、態様Ｂ２６に記載の機械工具。
【００３３】
態様Ｂ２８．前記更に別の異常領域は船首波を含み；
前記ユーザインターフェースは、船首波を除去するための前記工具経路の変更を容易にするように構成される、態様Ｂ２５に記載の機械工具。
【００３４】
態様Ｂ２９．更に：
前記コンピュータに接続され、かつ前記構造の幾何学形状を定義するデータベースと；
前記コンピュータが使用することにより、除去すべき前記容積、及び前記工具経路を、前記異常領域の前記位置、及び前記構造の前記幾何学形状に基づいて計算するプログラムと、
を備える、態様Ｂ２３に記載の機械工具。
【００３５】
態様Ｂ３０．複数プライの複合材構造内の複数の異常領域を除去する機械工具であって：
前記複合材構造の上に配置されるように構成される枠体と；
前記枠体に取り付けられ、かつ少なくとも１つの軸に沿って、前記複合材構造の上を移動することができる機械ヘッドと；
該機械ヘッドに取り付けられて前記複合材構造を走査し、そして前記異常領域群のうちの少なくとも１つの異常領域の位置を特定するビデオカメラ及び非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナのうちの少なくとも１つと；
前記機械ヘッドに取り付けられて、前記異常領域を含む容積を除去する切断工具と；
前記容積を計算し、そして前記切断工具の工具経路を生成するコンピュータと；
前記コンピュータに接続されて、前記機械ヘッドの移動、及び前記切断工具の動作を制御するコントローラであって、該コントローラを、前記容積の複数層の層数に関してプログラムすることができ、該層数に基づいて、前記機械工具を、前記複数層の各１つの層を除去した後に停止させる、前記コントローラと；
前記コンピュータに接続されて、前記工具経路及び複数層の前記層数のうちの少なくとも１つを変更するユーザインターフェースと；
前記ユーザインターフェースに接続されて：
除去すべき前記容積の画像；及び
前記層を除去したことにより被覆されなくなった前記領域のビデオ画像、
のうちの少なくとも１つの画像を閲覧することができるディスプレイと、
を備える、機械工具。
【００３６】
態様Ｃ１．異常領域を含む複合材構造を修復する方法であって：
前記構造内の前記異常領域の位置を導出する工程と；
除去すべき前記構造の容積を、前記異常領域に関して特定された前記位置に基づいて選択する工程と；
前記選択容積を除去するように、機械工具をプログラムする工程と；
前記選択容積を、プログラムされた前記機械工具を使用して除去する工程と；
前記機械工具により除去される前記構造の前記容積を置き換える工程と、
を含む、方法。
【００３７】
態様Ｃ２．前記異常領域の位置を導出する前記工程では、スキャナを、前記構造の表面を移動させる、態様Ｃ１に記載の方法。
【００３８】
態様Ｃ３．除去すべき前記容積を選択する工程は：
前記構造から除去すべき層を選択する工程と；
前記層の周縁部に沿ったスカーフの角度を選択する工程と、
を含む、態様Ｃ１に記載の方法。
【００３９】
態様Ｃ４．前記選択容積を除去する前記工程では、スカーフを前記除去容積の周辺を取り囲むように形成する、態様Ｃ１に記載の方法。
【００４０】
態様Ｃ５．除去すべき材料容積を選択する前記工程では、前記スカーフの角度を選択する、態様Ｃ４に記載の方法。
【００４１】
態様Ｃ６．前記構造は、複数プライの積層構造であり、そして除去すべき前記容積を選択する前記工程では、前記複数プライの各プライから除去すべき材料の量を計算する、態様Ｃ１に記載の方法。
【００４２】
態様Ｃ７．除去される前記構造の前記容積を置き換える前記工程では、複合材料パッチを前記構造に接着させる、態様Ｃ１に記載の方法。
【００４３】
態様Ｃ８．複合材構造内の１つ以上の異常領域を除去する方法であって：
前記異常領域の境界の位置を前記構造内に特定する工程と；
位置特定された前記境界を使用して、前記異常領域を含む除去すべき前記構造内の材料容積を計算する工程と；
前記構造から材料を除去するように工具を誘導するために使用される工具経路を計算する工程と；
コントローラを、計算された前記工具経路に関してプログラムする工程と；
前記材料容積を前記構造から、前記工具を使用して除去する工程と、を含み、前記除去する工程では、プログラムされた前記コントローラを使用して前記工具を制御する、
方法。
【００４４】
態様Ｃ９．前記境界の位置を特定する前記工程では、前記構造を：
高周波／低周波超音波；
超音波共振；
赤外線サーモグラフィー；
レーザシェアログラフィー；
後方散乱Ｘ線、
電磁検出法、
テラヘルツ法、及び
ビデオ
のうちの少なくとも１つを使用して走査する、態様Ｃ８に記載の方法。
【００４５】
態様Ｃ１０．前記材料を前記構造から除去する前記工程では、スカーフを、前記構造から除去される前記材料容積の周辺に沿って形成する、態様Ｃ８に記載の方法。
【００４６】
態様Ｃ１１．更に：
前記スカーフの角度を選択する工程を含み、そして
前記工具経路を計算する前記工程では、選択された前記スカーフ角度を有するスカーフを形成するための工具経路を計算する、態様Ｃ１０に記載の方法。
【００４７】
態様Ｃ１２．前記異常領域の境界の位置を前記構造内に特定する前記工程、及び前記材料容積を除去する前記工程は、機械ヘッドを、前記構造を横切って移動させることにより行なわれる、態様Ｃ８に記載の方法。
【００４８】
態様Ｃ１３．前記境界の位置を特定する前記工程、除去すべき前記材料容積を計算する前記工程、及び前記材料を除去する前記工程を繰り返し行なって、前記構造の複数層を、各層が異常領域を含むように除去する、態様Ｃ８に記載の方法。
【００４９】
態様Ｃ１４．更に：
前記構造の幾何学形状を定義するデータをデータベースから取り出す工程を含み、そして
前記材料容積を計算する前記工程では、前記異常領域に関して位置特定された前記境界と、そして前記構造の幾何学形状を定義する前記データと、を重ね合わせる、態様Ｃ８に記載の方法。
【００５０】
態様Ｃ１５．複合材構造内の異常領域を除去する装置であって：
前記構造内の前記異常領域の位置を導出する手段と；
材料除去工具と；
前記異常領域を含む除去すべき前記構造の容積を導出し、そして前記容積を除去するために前記工具が追従すべき工具経路を導出する手段と；
前記工具経路に沿った前記工具の移動を自動的に制御する自動制御手段と、
を備える、装置。
【００５１】
態様Ｃ１６．除去すべき前記容積を導出し、そして前記工具経路を導出する手段は：
コンピュータと；
前記構造の前記幾何学形状を定義する一連のデータと；
前記コンピュータが使用することにより、除去すべき前記容積を計算し、そして前記工具経路を、前記構造の前記幾何学形状に基づいて計算するプログラムと、
を備える、態様Ｃ１５に記載の装置。
【００５２】
態様Ｃ１７．前記異常領域の位置を導出する前記手段は、前記構造の表面の下の複数材料層を走査するスキャナを含む、態様Ｃ１５に記載の装置。
【００５３】
態様Ｃ１８．更に：
前記構造の上に配置されるように適合させた枠体と；
前記枠体に支持されて複数軸に沿って移動するヘッドであって、前記工具が前記ヘッドに取り付けられる、前記ヘッドと、を備え、
前記異常領域の位置を導出する前記手段は、前記ヘッドに取り付けられるスキャナを含む、態様Ｃ１５に記載の装置。
【００５４】
態様Ｃ１９．更に：
除去すべき前記構造の前記容積の画像を表示する手段と；
ユーザによる前記容積の変更を可能にする手段と、
を備える、態様Ｃ１５に記載の装置。
【００５５】
態様Ｃ２０．前記材料除去工具は研磨機を含み、
前記異常領域の位置を導出する前記手段は、前記自動制御手段によって作動するスキャナを含み、そして
前記自動制御手段は、数値制御コントローラを含む、態様Ｃ１５に記載の装置。
【００５６】
態様Ｃ２１．複合材構造内の異常領域を除去する装置であって：
前記構造を内部走査し、そして前記構造内の前記異常領域の位置を特定するスキャナと；
複数軸に沿って前記構造の上を移動することができるヘッドを含む自動機械工具と；
前記ヘッドに取り付けられて材料を前記構造から除去する材料除去工具と；
前記異常領域の前記容積を計算し、そして前記材料除去工具を誘導するために使用される工具経路情報を生成するプログラムを含むコンピュータと；
前記コンピュータに接続されて、前記ヘッドの移動、及び前記材料除去工具の動作を制御するコントローラと、
を備える、装置。
【００５７】
態様Ｃ２２．前記スキャナは、前記ヘッドに取り付けられ、そして前記コントローラによって作動する、態様Ｃ２１に記載の装置。
【００５８】
態様Ｃ２３．更に：
前記コンピュータに接続されて、除去すべき前記構造の前記容積の画像を表示するディスプレイと；
前記コンピュータに接続されて、除去すべき前記容積のユーザによる変更を可能にする入力デバイスと、
を備える、態様Ｃ２２に記載の装置。
【００５９】
態様Ｃ２４．異常領域を含む複合材航空機構造を修復する方法であって：
枠体を前記航空機構造の上に配置する工程と；
ヘッドを、前記枠体上を複数軸に沿って、前記航空機構造の上を移動させる工程と；
前記ヘッドのスキャナを使用して、前記構造を内部走査し、そして少なくとも第１の異常領域の境界の位置を前記構造内に特定する工程と；
前記航空機構造の幾何学形状を定義する一連のデータを取り出す工程と；
コンピュータを使用して、除去すべき前記航空機構造内の第１材料容積を、前記第１の異常領域の前記境界、及び前記航空機構造の前記幾何学形状に基づいて計算する工程と；
前記ヘッドの工具を使用して、前記第１材料容積を除去する工程と；
数値制御コントローラを使用して、前記ヘッドの移動を自動的に制御する工程と；
前記スキャナを使用して前記構造を、前記第１容積を除去した後に再走査することにより、第２の異常領域の位置を前記構造内に特定する工程と；
コンピュータを使用して、除去すべき前記航空機構造内の第２材料容積を、前記第２の異常領域の前記境界、及び前記航空機構造の前記幾何学形状に基づいて計算する工程と；
前記ヘッドの前記工具を使用して、前記第２材料容積を除去する工程と；
パッチを前記構造に接着させて、前記工具により除去される前記構造の前記容積を置き換える工程と、
を含む、方法。
【００６０】
態様Ｃ２５．複合材航空機構造内の異常領域を除去する装置であって：
前記構造に取り付けられて複数軸に沿って前記構造の上を移動するように適合させた機械工具ヘッドと；
前記ヘッドに取り付けられて、前記構造を内部走査し、そして前記構造内の異常領域の境界の位置を特定するスキャナと；
前記構造の幾何学形状を定義する一連のデータと；
前記スキャナに接続されて、前記データにアクセスし、そして前記構造から除去すべき材料容積を計算して、前記異常領域を除去するコンピュータと、
前記コンピュータに接続されて、前記構造から除去すべき前記材料容積のユーザによる変更を可能にするユーザインターフェースと；
前記コンピュータに接続されて、前記ヘッドの移動、前記スキャナの動作、及び前記工具の動作を制御する数値制御コントローラと、
を備える、装置。
【００６１】
説明してきた特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施形態において個別に実現することができる、または更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態に関する更なる詳細については、以下の説明及び以下の図面を参照しながら理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、１つ以上の容積内に含まれて複合材構造から除去する必要がある異常領域を有する複合材構造の断面図を示している。
【図２】図２は、図１に示す複合材構造と同様の複合材構造の断面図を示し、そして複合材構造の容積を除去し、そして修理パッチに置き換えて修復が完了する様子を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、複合材構造から除去された後の容積の断面図を示し、除去される容積の周辺に、ステップラップを設けて、修理パッチを貼り付ける用意をしている。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す断面図と同様の断面図を示し、そして除去される容積の周辺に複数のスカーフ角度を有するスカーフを形成する様子を示している。
【図４】図４は、材料を複合材構造から除去するユーザ支援方法のフロー図を示している。
【図５】図５は、ユーザを支援して材料を複合材構造から除去するための機械工具のブロック図を示し、この機械工具を用いて、図４に示す方法を実行することができる。
【図６】図６は、図５に示す機械工具の側面図を示している。
【図７】図７は、図６に示す機械工具の平面図を示している。
【図８Ａ】図８Ａは、１つ以上の異常領域を有する複合材構造を修復する方法の一連の工程が順番に進行するときの１つの工程を示す図を示している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、複合材構造を修復する方法の別の工程を示す図を側面図で示し、非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナ、及び任意のビデオカメラを複合材構造の表面に沿って走査して、これらの異常領域のうちの１つ以上の異常領域の位置を特定することができる。
【図８Ｃ】図８Ｃは、複合材構造を修復する方法の更に別の工程を示す図を側面図で示し、複合材構造から切断工具で除去される計算材料容積を示している。
【図８Ｄ】図８Ｄは、複合材構造から除去する必要がある材料容積の一部の拡大断面図であり、当該容積を、ある層数の複数層に分割することができ、この層数に基づいて、切断工具をプログラムして、複数層の各１つの層を除去した後に停止させることができる。
【図８Ｅ】図８Ｅは、複合材構造を修復する方法の更に別の工程を示す図を側面図で示し、複合材構造から除去される材料容積、及び更に別の異常領域の位置を特定するために複合材構造の表面に沿って走査させるＮＤＩスキャナ及びビデオカメラを示している。
【図８Ｆ】図８Ｆは、複合材構造を修復する方法の更に別の工程を示す図を側面図で示し、複合材構造から切断工具で除去される更に別の異常領域を含む更に別の容積を示している。
【図８Ｇ】図８Ｇは、複合材構造を修復する方法の更に別の工程を示す図を側面図で示し、船首波のような更に別の異常領域の位置を特定するために複合材構造の表面に沿って走査させるＮＤＩスキャナ及びビデオカメラを示している。
【図８Ｈ】図８Ｈは、図８Ｇの複合材構造の上面図を示し、そして船首波を示し、当該船首波は、複数の材料プライが上方を覆っていることにより見難くなっていて、容積に対応する複数層のうちの１つの層を除去することにより露出させることができる。
【図８Ｉ】図８Ｉは、複合材構造を修復する方法の更に別の工程を示す図を側面図で示し、複合材構造から切断工具で除去される船首波のような更に別の異常領域を含む容積を示している。
【図８Ｊ】図８Ｊは、複合材構造を修復する方法の更に別の工程を示す図を側面図で示し、そして異常領域を除去した後に複合材構造を走査するＮＤＩスキャナ及びビデオカメラを示している。
【図８Ｋ】図８Ｋは、図８Ｊの複合材構造の上面図を示し、除去される船首波を示し、そしてこの船首波の画像は、ビデオカメラによって供給することができる。
【図８Ｌ】図８Ｌは、複合材料パッチを複合材構造に接着させて、複合材構造から除去される材料を置き換える様子を示す図を側面図で示している。
【図８Ｍ】図８Ｍは、超音波センサ９０で再走査することにより、修復の完全性及び品質を検証する様子を示す図を側面図で示している。
【図９】図９は、ユーザを支援して材料を複合材構造から除去する方法の別の実施形態のフロー図を構成する図９Ａ及び図９Ｂをそれぞれ含むフロー図マップの第１及び第２部分の模式図である。
【図９Ａ】図９Ａは、ユーザを支援して材料を複合材構造から除去する方法のフロー図の第１部分を示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ユーザを支援して材料を複合材構造から除去する方法のフロー図の第２部分を示している。
【図１０】図１０は、航空機製造及び整備のフロー図を示している。
【図１１】図１１は、航空機のブロック図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
図１は、複数枚の複合材料積層プライ１２を備える複合材構造１０を示しており、当該複合材料積層プライ１２は、例えばこれらには限定されないが、繊維強化樹脂により形成することができる。複合材構造１０は、複数枚のプライ１２により形成される外板１４を備えることができる。これらの図には示していないが、複合材構造１０は、１つ以上のコアを含むことにより、剛性または他の構造特性を高めることができる。図１に示す複合材構造１０は、これらには限定されないが、ストリンガー１６または種々の他の下部構造を含むことができ、そしてストリンガー１６は、表面３５とは反対側の外板１４の側面に位置させることができる。例示的な例では、複合材構造１０は、表面３５の下の複数枚のプライ１２の異なる層２６，２７，２８にそれぞれ位置する３つの異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む。例えば、層２６，２７，及び２８は、複数枚のプライ１２を含むことができ、これらのプライ１２の内部には、異常領域２４ａ，２４ｂ，及び２４ｃがそれぞれ含まれる。本明細書において使用されるように、「ｏｕｔ−ｏｆ−ｔｏｌｅｒａｎｃｅ」及び「ｏｕｔ−ｏｆ−ｔｏｌｅｒａｎｃｅ  ａｒｅａ」とは、複合材構造１０のうち、不所望の特性または特徴を有する可能性がある、または設計許容範囲から外れている可能性がある、或いは製品仕様または性能仕様を種々の理由のうちのいずれか１つの理由から満たすことができない局所領域を指す。
【００６４】
異常領域は、例えばこれらには限定されないが、非常に多くの種類の不適合部分のうちのいずれか１つの不適合部分を含み、これらの不適合部分として、ボイド、窪み、プライセパレーション（層間剥離）、デラミネーション（層間剥離）、熱劣化、プライのしわ、接着界面剥離、空隙、または複合材構造が製造されるときに、または複合材構造の供用寿命が過ぎた後に生じ得る船首波を挙げることができる。図１では、船首波２５は、ストリンガー１６のフランジ１８の周縁部２０に隣接して位置するものとして図示されるが、船首波２５は、複合材構造１０内のいずれの位置にも形成される可能性がある。
【００６５】
開示される実施形態によれば、異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃをそれぞれ含む１つ以上の材料容積３０ａ，３０ｂ，３０ｃを複合材構造１０から除去することにより、異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃのサイズをゼロにするか、または小さくすることができる。例えば、図１に示す船首波２５は、異常領域２４ｃに含まれる可能性がある。この点に関して、船首波２５は、凹凸または波として、複合材構造１０の複数枚のプライ１２のうちの１つ以上のプライに形成される可能性がある。異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃは複合材構造１０から、材料容積３０ａ，３０ｂ，３０ｃをそれぞれ、複合材構造１０から除去することにより除去することができる。容積３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各１つの容積は、これらには限定されないが、円形及び長円形を含む種々の幾何学形状のうちのいずれか１つとすることができる輪郭または外周を有することができる。
【００６６】
次に、図２を更に参照するに、図１に示す材料容積３０ｃは、最終材料容積３０を含む。材料容積３０ｃは、最終スカーフ３２（図２）を形成するように除去することができ、スカーフ３２には、事前選択スカーフ角度θでテーパーまたは傾斜を設けることができる。この点に関して、図１に示す材料容積３０ｃは、最終材料容積３０を含むことができ、この材料容積３０を複合材構造１０から除去して、異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃのサイズをゼロにするか、または小さくする。図２に示すように、複合材料パッチ３４は、複合材構造１０に接着させることができ、そしてこれらには限定されないが、複数枚の複合材料プライ１２を含むことができる。複合材料パッチ３４を、複合材構造１０から除去された材料容積３０ｃ（図１）に充填することが好ましい。図２に示すように、複合材料パッチ３４の外周縁部３４ａはスカーフ３４ｂを含むことができ、このスカーフ３４ｂは、最終容積３０の最終スカーフ角度θに略一致して、接着スカーフジョイントを複合材料パッチ３４と複合材構造１０との間に形成することができる。
【００６７】
図２に示す最終スカーフ３２が多くの用途に関して望ましいが、最終材料容積３０（図１）を複合材構造１０から除去して、一連の外周ステップラップ３６を図３Ａに示すように形成し、これらの外周ステップラップ３６では、各ステップラップ３６の高さは、対応するプライ１２（図１）の厚さに略一致する。図３Ａに示すこれらの外周ステップラップ３６は、パッチ（図示せず）上に形成される一連の同様のステップラップ（図示せず）に略一致することにより、ステップラップ接合部（図示せず）をパッチ３４と複合材構造１０との間に形成することができる。
【００６８】
同様に、図３Ｂに示すように、材料を複合材構造１０から修復プロセス中に除去して、それぞれ異なるスカーフ角度θ１、θ２、θ３を有する一連の略連続するスカーフ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを形成することができる。最終材料容積３０を複合材構造１０から除去している間に形成される複数のスカーフ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、複合材料パッチ３４（図２）上に形成される対応するスカーフ（図示せず）に一致させる必要がある。
【００６９】
次に、図４を参照するに、図４は、複合材構造１０を修復する方法の概要を示している。当該方法によって、複合材構造１０内の１つ以上の異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（図１）を、複合材構造１０に取り付けることができる機械工具５２（図５〜７）を使用して除去する略自動化されたプロセスにユーザが介入することが容易になる。例えば、当該方法によって、自動化されたプロセスをユーザが変更することが容易になり、この場合、当該プロセスをプログラムすることにより、所定の間隔で、容積３０ａ，３０ｂ，３０ｃ（図１）のうちの１つ以上を除去している間に停止させて、ユーザが、除去プロセス中に被覆されなくなった複合材構造１０の領域群（図１）を目視観測できるようにする。このようにして、ユーザは、船首波のような更に別の異常領域を複合材構造内に特定することができ、これらの船首波は、複合材構造を初期走査している間には検出することができない、そして／または複合材構造の構造表示範囲（例えば、プライ連続積層範囲）に含まれない可能性がある。更に別の異常領域が目視観測されると、ユーザは、自動化された除去プロセスを変更して、更に別の異常領域が、除去すべき容積３０ａ，３０ｂ，３０ｃ（図１）のうちの１つ以上の容積に含まれるようにすることができる。
【００７０】
図４を参照し続けると、工程３７では、構造の表面３５（図１）を、機械工具５２（図５〜７）を使用して走査することにより、機械と構造との位置合わせが、三角測量／直線的走査レーザ（図示せず）またはタッチプローブのような器具を使用して容易になるので距離を測定することができる。別の構成として、レーザトラッカー（図示せず）またはレーザ位置決めシステム（図示せず）を使用して、機械工具を構造に対して、既知のｘ、ｙ、ｚ座標系（図示せず）で位置させることができる。例えば、機械工具５２（図５〜７）は、航空機（図１１）の座標系を使用して位置合わせすることができ、当該航空機内のこの構造は、機械工具が複合材構造の上に位置すると、幾何学形状データベース６８（図５）を使用して複合材構造の幾何学情報を特定することができるようなパーツを形成することができる。表面上の複数の箇所を測定した後、当該情報を保存し、そして使用して、複合材構造に対する機械工具の位置合わせ値を計算することができる。
【００７１】
図４を参照し続けると、工程３８では、複合材構造を内部走査して、修復プロセスの一部として除去する必要がある１つ以上の異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（図１）の境界の位置を特定することができる。以下に更に詳細に説明するように、走査プロセスは、これらには限定されないが、超音波検査を含む種々の非破壊検査（ＮＤＩ）方法のうちのいずれか１つの方法を使用して実行することができる。
【００７２】
工程４０では、構造内の初期材料容積３０ａ（図１）を、走査工程３８中に特定される異常領域２４ａ（図１）の位置に基づいて選択することができる。図１に示す例では、異常領域２４ｂに異常領域２４ａが覆い被さっていることにより異常領域２４ｂが不明瞭であるので、初期走査プロセス中に特定される異常領域群を異常領域２４ａに限定することができる。この点に関して、異常領域２４ｂは、初期走査工程３８中に検出することができない可能性がある。同じように、船首波２５（図１）を含む異常領域２４ｃは、ＮＤＩ方法または他の検査方法を使用して検出することができない可能性がある。従って、構造から除去される初期材料容積３０ａを、異常領域２４ａ（図１）を含む層２６（図１）に限定することができる。
【００７３】
図４の工程４１では、当該方法は更に、複数層の層数を選択する工程を含むことができ、この層数の複数層に、除去すべき容積を分割することができる。この点に関して、複数層の層数を選択することにより、機械工具を材料容積の除去中に停止させる頻度が決定される。例えば、除去すべき材料容積は、合計２０枚のプライを含むことができ、これらのプライを５層に分割して、各層が４枚のプライを含むようにすることができる。機械工具をプログラムすることにより、複数層の各１層を除去した後に停止させるようにすることができる（すなわち、４枚プライの各セットを除去して、機械工具のユーザが、層の除去により被覆されなくなった領域を目視観測することができるので、次の層を除去（例えば、４枚プライの次のセットを除去）する前にこれまで検出されなかった更に別の異常領域を特定することができる）。
【００７４】
図４を参照し続けると、工程４２では、機械工具５２（図５〜７）をプログラムするプロセスは更に、工具経路（図示せず）を計算する工程を含むことができ、この工具経路に、機械工具に取り付けることができる材料除去工具（図示せず）を追従させることができる。例えば、材料除去工具は、これらには限定されないが、研磨機または他の切断工具（図示せず）を含むことができ、これらの工具は、以下に更に詳細に説明するように、コンピュータ数値制御コントローラ５８（ＣＮＣ）（図５）のような適切なコントローラにより制御することができる。図４の工程４２における工具経路の計算の後に、機械工具５２（図５〜７）は、複数層のうちの１つの層を除去することにより、材料容積の除去を工程４４で開始する。材料容積の層が工程４４で除去されるにつれて、最終スカーフ角度θ（図２）と同じとするか、または最終スカーフ角度θとは異ならせることができるスカーフ角度を有することができる初期スカーフ３２ａ（図１）を形成することができる。
【００７５】
図４を参照し続けると、材料容積の層が除去されると、機械工具を工程４６で停止させることができ、そして当該層の除去によって被覆されなくなった領域を走査して、新たに露出した構造１０の表面の下に存在する可能性のある全ての更に別の異常領域の境界の位置を特定することができる。図１の例では、走査工程４６において、異常領域２４ａ（図１）を含む除去層２６（図１）の下に位置する材料層２７（図１）内に含まれる異常領域２４ｂ（図１）の境界の位置を特定することができる。工程４８では、機械工具を再プログラムすることにより、層２８（図１）を含む更に別の材料容積３０ｂを除去することができる。複数層のうちの１つの層を、機械工具を使用して除去する工程、機械工具を材料除去後に停止させる工程、及び層の除去によって被覆されなくなった構造の領域を走査する工程は、更に別の異常領域が構造の内部走査中に特定されなくなるまで繰り返すことができる。
【００７６】
異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（図１）の全てを特定し、そして除去した後、最終スカーフ３２（図２）を工程５０で形成して、当該スカーフが所望の最終スカーフ角度θ（図２）で形成されるようにする。工程５１では、構造から除去されてしまう材料を、集積パッチ３４（図２）に置き換えることができる。必要に応じて、修復された構造を工程５３で再走査して、完了した補修または修復の適合精度を検証することができる。
【００７７】
図５は、ブロック形式で、装置の構成要素群を示しており、これらの構成要素を使用して、上に説明した材料除去方法を実行することができる。１つの実施形態では、機械工具５２は、機械ヘッド７８に取り付けることができる非破壊検査（ＮＤＩ）スキャナ５６、研磨機または外形加工機５４、距離測定装置５７、及びビデオカメラ６５を含むことができる。距離測定装置５７は、三角測量レーザまたは直線的走査レーザを含むことにより、機械工具５２と構造１０（図６）の表面３５（図６）との間の距離を測定することができるが、距離測定装置は、種々の構成で提供することができる。機械工具から表面の１つ以上の箇所または位置までの距離を測定した後、当該情報を保存し、そして使用して、複合材構造に対する機械工具の位置合わせ値を計算することができる。
【００７８】
ＮＤＩスキャナ５６は、既知の技術を使用する種々の器具のうちのいずれかを備えることにより、構造の内部領域をほぼマッピングすることができる。例えば、かつこれらには限定されないが、スキャナ５６は、パルスエコー超音波、超音波共振、赤外線サーモグラフィー、レーザシェアログラフィー、後方散乱Ｘ線、電磁検出及びテラヘルツ検出技術を含む高周波／低周波超音波を用いることができる。ビデオカメラ６５は、固体ビデオカメラ、または外形加工機５４により除去されている材料の画像を観測し、そして記録する同様の光記録アレイを含むことができる。しかしながら、カメラ６５は、複合材構造の画像を記録する種々の技術のうちのいずれか１つの技術により構成することができ、そして当該画像をディスプレイ６４ｂに転送して、機械工具のオペレータまたは他のユーザが観測することにより、修復プロセス中の機械工具のプログラムの変更を容易にすることができる。
【００７９】
図５を参照し続けると、複合材構造の表面上の機械ヘッド７８の移動だけでなく、スキャナ５６、外形加工機５４、及びビデオカメラ６５の動作は、ＣＮＣ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ：コンピュータ数値制御）コントローラ５８により制御することができるが、いずれかの適切な構成のコントローラを使用してもよい。スキャナ５６により生成される情報は、コンピュータ６０に供給することができ、このコンピュータ６０を使用して、ＣＮＣコントローラ５８をプログラムすることにより材料を、例えば層ごとに除去することができる。各層を除去することにより被覆されなくなった領域のビデオカメラ６５による記録画像をディスプレイ６４ｂに供給して、ユーザが観測することができるようにする。ユーザは、これらの画像を分析して、当該容積に対応する複数層の層数を変更すべきかどうかを判断することができる。この点に関して、ユーザは、容積を複数層に分割するときの複数層の層数を増やして、各層の除去により除去されるプライの枚数を減らすことができる。逆に、ユーザは、容積を複数層に分割するときの複数層の層数を減らして、各層の除去により除去されるプライの枚数を増やすことができる。
【００８０】
図５に示すように、コンピュータ６０は、１つ以上のソフトウェアプログラム６２より制御され、そして１つ以上の幾何学形状データベース６８にアクセスすることができ、この幾何学形状データベース６８は、修復される、または補修される１つ以上の複合材構造の幾何学形状及びプライ構成を定義する情報を含むことができる。コンピュータ６０は更に、コンピュータ支援製造システム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ：ＣＡＭ）７０に接続することができ、このコンピュータ支援製造システム７０はコンピュータ６０と、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）７２または他のいずれかの適切なインターフェースを介してインターフェース接続することができる。ユーザインターフェース６４を設けることができ、このユーザインターフェース６４は、入力／出力Ｉ／Ｏデバイス６４ａ及びディスプレイ６４ｂを含むことにより、ユーザが、コンピュータ６０によって実行に移される情報を閲覧し、そして変更して、ＣＮＣコントローラ５８をプログラムすることができる。コンピュータ６０にデータストレージ６６を設けることにより、種々の複合材構造に施された過去の修復または補修に関する保管データを保存し、そして取り出すことができる。
【００８１】
図６及び７は、図５に示す装置の一部を構成する機械工具５２に関する更なる詳細を示している。機械工具５２は枠体７４を含むことができ、この枠体７４は、複合材構造１０の表面３５から、脚部７６から外すことによって取り外すことができ、そして枠体７４を当該表面３５に脚部７６で支持することができ、これらの脚部７６は、高さを調節することにより、複合材構造１０の表面３５の上方の枠体７４の高さを調節することができる。枠体７４の下の領域８８を真空封止し（図示せず）、かつ真空接続する（図示せず）ことにより、複合材構造１０から機械工具５２によって除去されている材料を排出することができる。図７に示すように、機械ヘッド７８を機械工具５２に取り付けることにより、機械ヘッド７８が直交ｘ−ｙ軸８５に沿って枠体７４上を移動することができるようになる。例えば、機械ヘッド７８は機械工具５２に、電動ステッパーまたはサーボモータ８４，８６によってそれぞれ駆動されるスクリュー駆動機構ペア及び／又はベルト駆動機構ペア８０，８２を介して取り付けることができるが、機械ヘッド７８は、種々の別の駆動システムにより駆動することができ、そしてこれらの駆動システムは、上に説明した駆動システムに限定されない。更に、図示しないが、スクリュー駆動機構及び／又はベルト駆動機構を備えるｚ軸駆動モータ及び／又はレールを設けることにより、機械ヘッド７８の構成部品群を垂直方向に容易に位置決めすることができる。このように、機械ヘッド７８を、直交軸８５に沿って、複合材構造１０の表面３５に対する種々の位置のうちのいずれか１つの位置に正確に移動させることができる。
【００８２】
図６及び７を参照し続けると、空気圧駆動機構、油圧駆動機構、電動駆動機構、または他のモータ駆動機構を備えることができる機械工具駆動機構５５は、機械ヘッド７８に取り付けることができ、そして切断工具５４ａを含むことができる。切断工具５４ａは、研磨機、外形加工機、または他の適切な切断工具５４ａを含むことができる。１つの実施形態では、切断工具５４ａは、駆動ヘッド５５ａによって回転させ（スピンドルを介して）、かつ垂直に変位させる（すなわち、軸方向に）ことにより、複合材構造１０からの材料の除去を容易にすることができる。レーザ変位センサ９２または他の適切な距離測定装置５７を、上に説明したように設けて、機械工具５２と複合材構造１０（図６）の表面３５（図６）との間の距離を測定することができるが、当該距離測定装置は種々の構成で提供することができる。機械工具５２から表面の１つ以上の箇所または位置までの距離を測定した後、当該情報を保存し、そして使用して、複合材構造に対する機械工具の位置合わせ値を計算することができる。
【００８３】
図６に示すように、レーザ変位センサ９２を機械ヘッド７８に取り付け、そしてレーザビーム９４を複合材構造１０の表面３５に誘導することにより、駆動ヘッド５５ａを制御するために使用することができる切断深さ情報／マシン−パーツ向き情報を実行に移すことができる。バネ式ライディングドリブラーヘッド（ｓｐｒｉｎｇ  ｌｏａｄｅｄ  ｒｉｄｉｎｇ  ｄｒｉｂｂｌｅｒ  ｈｅａｄ）９０ａを有する超音波センサ９０は、機械ヘッド７８に引き込み式センサマウント９０ｂを介して取り付けることができる。超音波センサ９０のドリブラーヘッド９０ａは、下方に移動して、複合材構造１０の表面３５に接触することにより、複合材構造１０を内部走査して、異常領域２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（１図１）の境界の位置を特定することができる。ビデオカメラ６５は、機械ヘッド７８に取り付けることができ、そして当該カメラの向きを決めて切断工具５４ａを観測することにより、除去されている材料の画像（図示せず）を定期的に、または継続的に記録することができる。このような画像をユーザに対してリアルタイムに、例えばユーザディスプレイ６４ｂ（図５）に表示することができるようにし、そして／またはこのような画像をコンピュータが使用して機械ヘッド７８の動作を制御することができ、当該制御では、切断工具５４ａを制御することができる。
【００８４】
次に、図８Ａ〜８Ｍを参照するに、図示されるのは、異常領域９５ａ，９５ｂ，９５ｃ,９５ｄのような１つ以上の異常領域を有する複合材構造１０４を修復する方法の一連の概略図である。複合材構造１０４は、図５〜７に示す機械工具５２を使用して修復することができる。
【００８５】
図８Ａは、複数枚のプライ１０３を含む複合材構造１０４の断面を示しており、これらのプライ１０３は、既知の、または疑わしい異常領域９５ａ，９５ｂ，９５ｃ,９５ｄを有している可能性がある。異常領域９５ａ，９５ｂ，９５ｃは、超音波走査法のようなＮＤＩ検査法、または上に説明したような他の方法を使用して検出することができる。例えば、ＮＤＩスキャナ５６（図５）は、これらには限定されないが、高周波／低周波超音波、超音波共振、渦電流変換、赤外線サーモグラフィー、レーザシェアログラフィー、後方散乱Ｘ線、電磁検出、及びテラヘルツ検出技術を含む種々の技術のうちのいずれか１つを使用することができる。異常領域９５ｄは、船首波９７を含んでいる可能性があり、船首波９７は、ＮＤＩ検査法では検出することができず、そして船首波９７を含むプライ群１０３を覆う被覆材料を除去したときに目視観測することによってのみ検出することができる。図８Ａに示す船首波９７は、複合材構造１０４のプライ群１０３のうちの１枚以上のプライの局所的なゆがみとして特徴付けることができ、そして複合材構造１０４を形成するプロセス中に発生する可能性がある。例えば、船首波９７は、ストリンガー１６（図１）を外板１４（図１）に共接着するプロセス中に、または上に示したような他の形成プロセス中に発生する可能性がある。
【００８６】
図８Ｂを参照するに、機械工具５２（図５〜７）を使用して、ドリブラーヘッド９０ａを有する超音波センサ９０を備えるＮＤＩスキャナ５６、または他のＮＤＩスキャナ５６機構を移動させることができる。機械工具５２（図５〜７）は、ＮＤＩスキャナ５６を、異常領域９５ａ，９５ｂ，９５ｃが含まれていることが疑われる複合材構造１０４の表面１０５に沿って移動させることができる。図８Ｂに示す走査プロセスでは、異常領域９５ａを検出し、かつ異常領域９５ａの位置を特定することができ、そして異常領域９５ａの境界９６ａに近付くことができる。上に説明したように、異常領域９５ａは、超音波検査のようなＮＤＩ検査法を使用して検出することができる。ビデオカメラ６５も、構造１０４の表面１０５に沿ってＮＤＩスキャナとともに移動させることができる。ビデオカメラ６５は、任意であるが、機械工具のユーザにビデオ画像を、複合材構造１０４をＮＤＩスキャナで走査している間に供給することができる。ビデオ画像をディスプレイ６４ｂ（図５）に表示することにより、ユーザが観測することができる。このようにして、当該ディスプレイは更に別の情報をユーザに供給して、更に別の異常領域を走査中に通知することができる。
【００８７】
図８Ｃを参照するに、異常領域９５ａ（図８Ｂ）の境界９６ａに基づいて、材料容積９８ａを、コンピュータ６０（図５）によって計算することができ、そして材料容積９８ａを選択して、切断工具５４ａで除去することができ、この除去では、異常領域９５ａを除去することができる。可能な場合は、複合材構造１０４の幾何学形状に関するデータを、コンピュータ６０（図５）に接続することができる幾何学形状データベース６８（図５）から供給することができる。複合材構造１０４から除去される容積の計算は、異常領域９５ａの境界を、複合材構造１０４の幾何学形状を定義するデータに重ねるか、または当該データと比較することにより容易にすることができる。切断工具５４ａの移動を誘導する工具経路（図示せず）は、コンピュータ６０（図５）が、幾何学形状データに基づいて計算することができ、そして当該工具経路を使用して、機械工具のコントローラ５８（図５〜７）をプログラムすることにより、切断工具５４ａ（図８Ｃ）の移動を含む機械工具及び機械ヘッドの移動を制御するか、または誘導することができる。複数層１０２の層数を選択して、除去される材料容積を分割することにより、機械工具が、容積の複数層の各１つの層を除去した後に停止するようにすることができる。工具経路、及び容積の複数層の層数に関してコントローラをプログラムすることができる。以下に更に詳細に説明するように、ビデオカメラ６５を、層を除去した後に被覆されなくなった領域を走査させて、被覆されなくなった領域の目視観測を容易にすることにより、ＮＤＩ検査法によっては検出することができない船首波のような異常領域を特定することができる。
【００８８】
例えば、図８Ｄを参照するに、図示されるのは、最終材料容積９８（図８Ｊ）のうちの複合材構造１０４から除去される部分の拡大断面図であり、容積９８ａは複数層１０２の層数に分割される。この点に関して、ユーザは、５層１０２の層数を、除去すべき材料容積に対応して選択することができる。当該容積が、合計２０枚の複合材料プライ１０３を含む場合、各層１０２が４枚のプライ１０３を含むことにより、機械工具のコントローラをプログラムして、複数層１０２の各１つの層を除去した後（すなわち、４枚のプライ１０３の各セットを除去した後）に機械工具を停止させることができる。機械工具のコントローラをプログラムすることにより、ビデオカメラ６５が、層１０２の除去により被覆されなくなった領域を走査するようになるので、ユーザが目視観測することができる。このような目視観測によって、ユーザは、ＮＤＩ検査法によって検出されない更に別の異常領域を特定することができる。ＮＤＩスキャナ（例えば、超音波センサ）は更に、ビデオカメラで走査した領域を走査することにより、除去された材料に覆われていたことに起因して検出することができなかった除去すべき更に別の異常領域を検出することができる。
【００８９】
図８Ｃを再度簡単に参照するに、機械工具を、プログラムされた工具経路（図示せず）に沿って移動させて、切断工具５４ａで、容積９８ａの複数層１０２のうちの１つの層を除去することができる。材料容積９８ａを除去している間、切断工具５４ａで更に、初期スカーフ１００ａを、除去されている材料容積９８ａの外周の周りに形成することができる。容積９８ａを除去することにより、異常領域９５ａ（図８Ａ）を小さくするか、または無くすことができる。ビデオカメラ６５は任意であるが、切断工具５４ａで、容積９８ａを除去しながら工具経路（図示せず）に沿って移動させることができ、そしてビデオ画像をユーザに供給して、ユーザが除去プロセスの進行状態を目視観測することができるようにする。
【００９０】
図８Ｃ及び８Ｅを参照するに、容積９８ａの複数層１０２のうちの最初の１つの層を除去した後、切断工具の動作を停止させて、層１０２を除去することによって被覆されなくなった構造１０４の領域を走査することにより、異常領域９５ｂ，９５ｃのような更に別の異常領域の境界の位置を特定することができる。この点に関して、ビデオカメラ６５（図８Ｅ）で、層を除去することによって被覆されなくなった構造１０４の領域の上を走査することができる。更に別の異常領域が特定されない場合、機械工具５２は、工具経路を移動し続けて、容積の複数層１０２のうちの次の１つの層を除去する。しかしながら、層１０２を除去することによって被覆されなくなった領域を走査することにより、構造１０４のうち、上方を異常領域９５ａで覆われることによりこれまで検出することができなかった深い位置の更に別の異常領域９５ｂ，９５ｃを特定することができる。この点に関して、当該走査によって、更に別の異常領域９５ｂ，９５ｃの境界の位置を特定することができる。ビデオ画像をユーザに供給することにより、更に別の異常領域の位置を特定することができる。同時に、超音波センサ９０及びドリブラーヘッド９０ａを含むことができるＮＤＩスキャナ５６で、層を除去することによって被覆されなくなった構造１０４の領域を走査することにより、更に別の異常領域の特定を容易にすることができる。
【００９１】
図８Ｅを参照し続けると、更に別の異常領域９５ｂ，９５ｃの位置特定された境界９６ｂ，９６ｃに基づいて、コントローラ５８（図５）を再プログラムすることにより、除去すべき材料容積が、これらの更に別の異常領域を含むようにすることができる。この点に関して、新規の工具経路を切断工具に関してプログラムすることにより、これらの更に別の異常領域を除去することができる。更に、機械工具のプログラムを変更して、容積の複数層の層数を変更することができる。例えば、各層１０２に関して除去される材料の量を少なくすることが望ましい場合、複数層１０２の層数を容積に対応して増やすことができる。複数層１０２の層数を増やすことにより、各層１０２に関して除去されるプライ群１２の枚数を減らすことができるので、複合材構造１０４の走査間の間隔を短くすることができる。逆に、容積に対応する複数層１０２の層数を減らすことにより、各層１０２に関して除去されるプライ群１２の枚数を増やして、より多い量の材料を各層１０２に関して除去することができる。コントローラの再プログラムでは、任意であるが、容積９８ａの（図８Ｂ）の複数層１０２に対応して選択されるスカーフ角度と比べて、異なるユーザ定義スカーフ角度を選択して、容積９８ｂの複数層１０２の周縁部１０２ａにスカーフを形成することができる。
【００９２】
図８Ｆは、容積が更に別の異常領域９５ｂ，９５ｃを含むように工具経路を再プログラムした結果として、切断工具５４ａで材料容積９８ｂを複合材構造１０４から除去しようとし、そしてスカーフ１００ｂを複合材構造１０４内に形成しようとする様子を示している。ビデオカメラ６５を更に、構造１０４の表面に沿って、切断工具５４ａの移動と連携させて移動させることにより、除去プロセスの観測を容易にし、そしてユーザ介入が、切断工具５４ａが動作している間のいずれの時点においても可能になる。
【００９３】
図８Ｇでは、容積の複数層１０２のうちの各１つの層を除去した後、ＮＤＩスキャナ５６及びビデオカメラ６５で複合材構造１０４を走査することにより、未だ検出されていない更に別の異常領域があるかどうかを判断することができる。例えば、図８Ｂに示すように、異常領域９５ｄは、ビデオ画像をビデオカメラ６５（図８Ｇ）から供給した結果として目視観測することができる。異常領域９５ｄは、ＮＤＩスキャナ５６によって検出することができない可能性があるが、ビデオカメラ６５を利用して目視観測することができる船首波９７として形成されている可能性がある。
【００９４】
図８Ｈは、図８Ｇの複合材構造１０４の上面図であり、そして上方をプライ群１０３が覆っていることにより不明瞭になっていて、容積の複数層１０２のうちの１つの層を除去することにより露出させることができる船首波９７を示している。上に説明したように、船首波９７は、複合材構造１０４のプライ群１０３のうちの１枚以上のプライの凹凸または波として形成される可能性がある。ＮＤＩスキャナ５６をビデオカメラ６５とともに移動させることにより、船首波９７を含む異常領域の境界の位置特定を容易にすることができる。例えば、ＮＤＩスキャナによって、船首波９７の幾何学形状の予測が容易になる。この点に関して、図８Ｇに示すＮＤＩスキャナ５６によって、図８Ｇ〜８Ｈに示す船首波９７の深さｄｂｗ（図８Ｇ）及び角度θｂｗ（図８Ｇ）の予測が容易になる。
【００９５】
図８Ｇ〜８Ｈに示す異常領域９５ｄまたは船首波９７の目視観測に基づいて、コントローラ５８（図５）を、切断工具５４ａの新規の工具経路（図示せず）に関して再プログラムすることにより、異常領域９５ｄの船首波９７を含む更に別の容積を除去することができる。この点に関して、切断工具５４ａで、複合材構造１０４のプライ群１０３のうちの異常領域９５ｄを含む部分を除去する。上に説明したように、プログラムでは任意であるが、容積のプライ群１０３の枚数を変更し、そして複数層１０２ａの周縁部のスカーフ角度を選択することができる。
【００９６】
図８Ｉは、容積９８ｃが、船首波を含む異常領域を含むように工具経路を再プログラムした結果として、切断工具５４ａで材料容積９８ｃを複合材構造１０４の複数層１０２から除去しようとし、そしてスカーフ１００ｃを複合材構造１０４内に形成しようとする様子を示している。図８Ｊは、ＮＤＩスキャナ５６及びビデオカメラ６５を移動させて、容積９８ｃの複数層１０２のうちの各１つの層を除去した後に、ＮＤＩスキャナ５６及びビデオカメラ６５で複合材構造１０４を走査する様子を示している。この点に関して、ＮＤＩスキャナ５６及びビデオカメラ６５は、複合材構造１０４から除去される最終材料容積９８を走査する。
【００９７】
図８Ｋは、船首波を除去する様子を示す図８Ｊの複合材構造１０４の上面図であり、そして除去する様子を示すこの図は、ビデオカメラによって供給されて、機械工具のディスプレイ６４ｂ（図５）に表示される。この点に関して、ビデオカメラは、未だ検出されていない更に別の異常領域があるかどうかを判断する手段となる。容積の複数層１０２のうちの各１つの層を、プログラムされた機械工具を使用して除去する工程、機械工具を、層１０２を除去した後に停止させる工程、及び複数層１０２を除去することにより被覆されなくなった構造１０４の領域を、ビデオカメラ６５及び／又はＮＤＩスキャナ５６を使用して走査する工程は、異常領域を含む容積が除去されるまで繰り返し実行することができる。図８Ｋから分かるように、除去される容積の容積周縁部９９に形成されるスカーフ１００ｃは、複合材構造１０４の最終スカーフ１００を構成することができる。
【００９８】
図８Ｌを参照するに、一旦、これらの異常領域の全てを複合材構造１０４から除去してしまうと、複合材料パッチ３４を製造し、そして複合材構造１０４に接着させることにより、構造１０４から除去される材料を置き換えることができる。コンピュータ６０（図５）を使用して、複合材料パッチ３４を製造するために必要なプライ群１２の枚数、サイズ、及び種類を、コンピュータにより計算された通りに除去される材料容積に部分的に基づいて計算することができる。複合材料パッチ３４の外周縁部３４ａはスカーフ３４ｂを含むことができ、このスカーフ３４ｂは、複合材構造１０４の最終スカーフ１００に略一致させる必要がある。パッチ３４を複合材構造１０４に接着させた後、複合材料パッチ３４を用いる当該修復作業では、図８Ｍに示す超音波センサ９０で再走査することにより、修復の完全性及び品質を検証することができる。
【００９９】
図９Ａ〜９Ｂを含む図９を参照するに、図示されるのは、複合材航空機構造、または航空機２１６（図１１）の機体とすることができる機体２１８（図１）の異常領域を除去する方法のフロー図である。例えば、これらには限定されないが、複合材料機体は、複合材料により形成される航空機胴体外板（図示せず）を含むことができる。図９Ａに示すように、当該方法は、工程１０８を含むことができ、この工程１０８では、機械工具５２の枠体（図５〜７）を、航空機の胴体２２０（図１１）の上のような機体２１８の上に、修復を必要とする機体の領域を覆い、かつ包囲する位置に取り付けることができる。機械工具の枠体は、可動機械ヘッド７８（図５〜７）を支持することができる。レーザトラッカーまたはレーザ位置決めシステム（図示せず）は、機械工具を機体２１８（図１１）に対して、航空機２１６（図１１）の座標系とすることができる既知の座標系内で位置特定することができる。コンピュータ６０（図５）を使用して、機体の幾何学形状を機体の幾何学形状データベース１１０（図９Ａ）から取り出すことができ、この幾何学形状データベース１１０は、図５に関連して前に説明した幾何学形状データベース６８の一部を構成することができる。工程１１２では、ソフトウェアによって、コンピュータはユーザディスプレイ（例えば、視覚ディスプレイ）６４ｂ（図５）に、機体上の最大領域を表示することができ、この最大領域は、機械工具を移動させることなく走査することができる。ユーザインターフェース６４（図５）によってユーザは、走査対象の機体上の特定領域を決定することができる。
【０１００】
工程１１４では、ユーザが選択する機体上の領域は、例えばＮＤＩスキャナ５６（図５）で走査することにより、全ての異常領域を特定することができる。例えば、異常領域９５ａ，９５ｂ，９５ｃ（図８Ａ）の境界の位置は、機体を、機械ヘッド７８（図５）に取り付けられるＮＤＩスキャナ５６（図５）を使用して走査することにより特定することができる。工程１１６では、工程１１４で特定され、かつプライ構造の異常領域を含むこれらの異常領域を表わすデータは、データベースから取り出すことができ、そして機体の幾何学形状に重ね合わせることができる。この重ね合わせ情報を使用して、これらの異常領域の境界を含む除去すべき材料容積を計算することができる。これらの計算では、機体の各プライに対応して除去されることになる部分を、ユーザから供給することができるテーパー比またはスカーフ角度を使用して計算することができる。ユーザインターフェースによってユーザは、除去すべき外板の各プライをディスプレイで観測することができる。
【０１０１】
図９を参照し続けると、工程１１８では、コンピュータはＣＡＭアプリケーション７０（図５）にＡＰＩインターフェース７２（図５）を介してアクセスすることができ、そしてＣＡＭアプリケーション７０（図５）を使用して、切断工具５４ａの工具経路を生成することができる。ユーザは、ユーザインターフェースを用いて、これらには限定されないが、使用されることになる工具の種類、工具のサイズなどのような、機械工具をプログラムするために使用される更に別の情報を入力することができる。更に、この点に関して、プロセスは工程１２０（図９Ｂ）に進み、この工程１２０では、機械工具をユーザ支援モード（ｕｓｅｒ−ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｄ  ｍｏｄｅ）で作動させて、ユーザが工具経路を変更して、機械工具が、ｎ層数の複数層の各１つの層を除去した後に停止させるようにすることができ、このｎ層数をユーザが工具経路にプログラムすることができる。ユーザ支援モードを工程１２０で作動させない場合、プロセスは工程１３６（図９Ａ）に進み、この工程１３６では、切断工具（例えば、外形加工機）を工具経路に沿って、自動モードで駆動して、全ての異常領域内のコーティング（例えば、塗料）及び材料を、ユーザからが供給されるテーパー比またはスカーフ角度で除去する。ユーザ支援モードを工程１２０で作動させる場合、プロセスは工程１２２（図９Ｂ）に進み、この工程１２２では、複数層の層数をユーザが容積に対応して選択し、層数に基づいて、機械工具を、これらの層の各１つの層を除去した後に停止させることになる。複数層の層数は、コントローラにプログラムされる。
【０１０２】
図９Ｂの工程１２４では、切断工具を工具経路に沿って駆動して、全ての異常領域を、ユーザから供給されるテーパー比またはスカーフ角度で除去する。工程１２６では、機械工具を、複数層の各１つの層で停止させて、層を除去することにより被覆されなくなった領域をビデオカメラで走査することができる。更に詳細には、機械工具を停止させると、ビデオカメラを工程１２８で作動させることができ、そして直近の層除去によって被覆されなくなった、または露出した機体の領域を、ビデオカメラを使用して走査することにより、上に説明したように、機体の更に別の異常領域の境界の位置を特定することができる。ビデオ走査により、工具経路に関するコントローラのプログラム変更が、目視観測によって特定することができる更に別の異常領域を減らす、または無くすために必要であるかどうかの判断を容易に行なうことができる。この点に関して、ユーザインターフェースによってユーザは、ビデオカメラを操作（すなわち、ズーム、パン）することができる。
【０１０３】
更に、図９Ｂの工程１３０では、ＮＤＩスキャナを作動させて、ビデオカメラを利用して観測される船首波（図８Ｇ〜８Ｈ）の幾何学形状の予測を容易にすることができる。この点に関して、ＮＤＩスキャナによって、船首波の深さ、及び角度の予測を容易にすることができる。工具経路の変更が工程１３２で必要ではない場合、機械工具を再作動させて、複数層のうちの別の１つの層を工程１２４で除去する。工具経路の終点に工程１３２で到達すると、プロセスは工程１３６（図９Ａ）に進み、この工程１３６では、切断工具を工具経路に沿って自動モードで駆動して、コーティング（例えば、塗料）、及び全ての異常領域を、ユーザから供給されるテーパー比またはスカーフ角度で機体から除去する。工程１３８（図９Ａ）では、材料容積が除去される機体の領域を再走査することにより、これまでの走査では、異常領域に被覆物があることに起因して検出することができなかった更に別の規格外領域または異常領域があるかどうかを判断することができる。
【０１０４】
工程１３２（図９Ｂ）に戻ってこの工程を参照するに、船首波のような更に別の異常領域が特定される場合、工具経路を、コントローラを再プログラムして、除去すべき材料容積が更に別の異常領域を含むようにすることにより変更することができる。この点に関して、機体から除去すべき更に別の材料容積は、更に別の異常領域の境界に基づいて計算することができる。工程１３４では、このような変更を行なうために、これらには限定されないが、プログラムを変更して船首波を除去する、プログラムを変更してプライの一部を除去する、容積を複数層に分割するときの複数層の層数を変更する、そしてスカーフ角度を変更する。複数層を除去する工程、機械工具を停止させる工程、層を除去することにより被覆されなくなった機体の領域を走査する工程、及びコントローラのプログラムを変更する工程は、材料容積または更に別の異常領域が少なくなるか、または除去されるまで、繰り返し行なうことができる。
【０１０５】
全ての異常領域を除去した後、材料容積を除去したときの除去対象の複合材構造の領域は、上に説明した通りに工程１３８で再走査することにより、更に別の規格外領域または異常領域があるかどうかを判断することができる。判断工程１４０（図９Ａ）において、更に別の異常領域が無い場合、当該方法は工程１４２（図９Ａ）に進み、この工程１４２では、最終スカーフ角度またはテーパー比（例えば、３０：１のテーパー比）を計算することができる。ＣＡＭアプリケーションを呼び出し、そして工具経路（図示せず）を生成して、最終スカーフ角度を付けるために必要な更に別の材料を除去することができる。ユーザは、これらには限定されないが、切断工具の種類及びサイズを含む更に別の情報をこの工程中に供給することができる。工程１４４（図９Ａ）では、工程１４２（図９Ａ）で生成される工具経路を使用して、切断工具で、予め選択されている、またはユーザ定義による最終スカーフ角度またはテーパー比を有するスカーフを完成させるために必要な更に別のコーティング（例えば、塗料）及びプライ領域を除去することができる。
【０１０６】
当該方法は更に、機械工具によって除去することができる構造（例えば、機体）の容積を置き換えることができる。例えば、図２に示すように、当該方法では、パッチ３４を複合材構造１０に、機械工具で上に説明した方法で除去される容積に替えて貼り付けることができる。この点に関して、パッチ３４は、当該パッチ３４で、複合材構造１０から除去される材料容積３０（図１）をほぼ充填するように構成することができる図２に示す構成と同様の構成になるように設けることができる。不図示の別の実施形態では、パッチは、複合材構造１０から除去される材料容積を覆う領域に設けるように、複合材構造のインナーモールドライン及び／又はアウターモールドライン（図示せず）に取り付けることができるダブラー構造またはブリスター構造（（図示せず）になるように設けることができる。パッチは、別の構成として、複合材構造のインナーモールドライン及び／又はアウターモールドライン（図示せず）に取り付けることができるスカーフ構造及びダブラー構造の組み合わせ（（図示せず）として形成することができる。パッチは複合材構造に、接着法及び／又は機械締結手段（図示せず）のようないずれかの適切な手段により、またはこれらの手段のいずれかの組み合わせにより、１つ以上の異常領域を有する複合材構造の修復作業の一部として取り付けることができる。
【０１０７】
本開示の実施形態は、種々の潜在用途において、具体的には、例えば航空宇宙用途及び海洋用途を含む輸送産業において使用することができる。従って、次に図１０及び１１を参照するに、本開示の実施形態を、図１０に示す航空機製造及び整備方法２００、及び図１１に示す航空機２１６に関連して使用することができる。製造前段階では、例示的な方法２００は、航空機２１６の仕様決定及び設計２０２と、そして材料調達２０４と、を含むことができ、開示される方法及び装置は、航空機２１６に使用される複合材料パーツまたは部品の領域を修復する、または補修するために使用されるように指定される。製造段階では、航空機２１６の部品及びサブアセンブリ製造２０６、及びシステム統合２０８が行なわれる。開示される方法及び装置を使用して、航空機２１６に使用される複合材料パーツまたは部品の領域を、これらの製造プロセス中に修復する、または補修することができる。その後、航空機２１６は証明書発行及び機体引き渡し２１０を経て、供用２１２に付される。顧客が供用している間、航空機２１６を日常的なメンテナンス及び整備２１４（このメンテナンス及び整備２１４は、改修、再構成、改装などを含むこともできる）に関してスケジューリングすることができる。開示される方法及び装置を使用して、航空機２１６の複合材料パーツを、メンテナンス及び整備２１４中に修復する、または補修することができる。
【０１０８】
方法２００のこれらのプロセスの各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって行なうことができるか、または実行することができる。本説明を分かり易くするために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、いずれかの数の航空機製造業者、及び航空機大手システムサブコントラクタを挙げることができ；サードパーティとして、これらには限定されないが、いずれかの数のベンダー、サブコントラクタ、及びサプライヤーを挙げることができ；そしてオペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、航空機整備機関などとすることができる。
【０１０９】
図１１に示すように、例示的な方法２００により製造される航空機２１６は、複数のシステム２２２を搭載した機体２１８と、そして機内２２４と、を含むことができる。機体２１８は胴体２２０を含むことができる。開示される方法及び装置を使用して、胴体２２０を含む機体２１８の一部を構成するか、または機体２１８に搭載することができる複合材料パーツを修復する、または補修することができる。高位システム２２２の例として、推進システム２２８、電気システム２２６、油圧システム３０、及び環境システム２３２のうちの１つ以上を挙げることができる。いずれかの数の他のシステムを含めてもよい。航空宇宙用の例を示しているが、本開示の原理は、これらには限定されないが、海洋産業及び自動車産業のような他のいずれの産業にも適用することができる。
【０１１０】
開示される方法及び装置は、複合材料パーツを、製造及び整備方法２００の種々の段階のうちのいずれか１つ以上の段階において修復する、または補修するために用いることができる。例えば、製造プロセス２０６に対応する部品またはサブアセンブリは、開示される方法及び装置を使用して補修するか、または修復することができる。また、１つ以上の方法実施形態、またはこれらの方法実施形態の組み合わせは、製造段階２０６及び２０８で、例えば航空機２１６の組み立てを極めて迅速に行なうか、または航空機２１６のコストを大幅に低減することにより利用することができる。同様に、開示される方法及び装置を使用して、航空機２１６が供用されている間に利用される複合材料パーツを修復するか、または補修することができる。
【０１１１】
本開示の実施形態を特定の例示的な実施形態に関連して説明してきたが、これらの特定の実施形態は、他の変形をこの技術分野の当業者であれば想到することができるので、例示的に解釈されるべきであり、限定的に解釈されるべきではないことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図８Ｊ】
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【図８Ｋ】
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【図８Ｌ】
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【図８Ｍ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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